Способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов

Описывается способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов измерением физических показателей раствора полимера, образующегося в каскаде последовательно соединенных трубопроводов реакторов с последующей математической обработкой информации, причем одновременно измеряют концентрацию и температуру полимера в реакторе, перепад давления, расход и плотность среды на первом и втором параллельных участках трубопровода, соединяющих соседние реакторы каскада, отличающийся тем, что после второго участка трубопровода дополнительно вводится параллельный ему третий участок, на котором измеряют перепад давления, расход и плотность среды, а математическую обработку производят по соответствующим формулам. Техническим результатом является повышение точности определения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности непрерывно в ходе синтеза полимера. 1 ил.

 

Изобретение относится к промышленности синтетического каучука, а именно к области контроля качественных параметров в процессах полимеризации в растворе, средневязкостного молекулярного веса и полидисперсности.

Большинство из известных методов оценки средних молекулярных масс, таких как осмометрия, криоскопия и т. п., относятся к лабораторным. Из-за соизмеримости длительности цикла анализа со временем полного конвертирования мономера, эти методы не нашли широкого применения в условиях промышленного производства каучуков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов: средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности (пат. РФ №2131887, опубл. 20.06.99 Бюл. №17), который заключается в одновременном измерении концентрации полимера в реакторе полимеризации, температуры исследуемой среды, перепадов давлений на двух участках технологического трубопровода, соединенных параллельно и имеющих разный диаметр, плотности исследуемой среды в трубопроводах и расходы исследуемой среды в каждый участок соответственно, и расчете по измеренным величинам средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности полимера.

Недостатком данного способа контроля является наличие погрешности измерения качественных параметров вследствие приращения конверсии мономера в объеме аппарата, так как измерение активной мощности, затрачиваемой на перемещение, связано со свойствами среды по всему объему аппарата в среднем, а потеря давления на линейном участке трубопровода характеризует свойства среды по крайней мере на выходе из аппарата. Так как объем промышленных реакторов полимеризации довольно велик (16 м³ и более), это приводит к снижению точности измерений, полученных данным способом.

Техническая задача - повышение точности определения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности непрерывно в ходе синтеза полимера.

Поставленная задача достигается тем, что одновременно измеряют концентрацию и температуру полимера в реакторе, перепад давления, расход и плотность среды на первом и втором параллельных участках трубопровода, соединяющего соседние реакторы каскада, новым является то, что после второго участка трубопровода дополнительно вводится параллельный ему третий участок, на котором измеряют перепад давления, расход и плотность среды, а математическую обработку производят по следующим формулам:

где M_v - средневязкостный молекулярный вес;

К_п - коэффициент полидисперсности;

g - фактор разветвленности;

η₀ - ньютоновская вязкость;

С_п - концентрация полимера;

- скорости сдвига на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

η_1эфф, η_2эфф, η_3эфф - эффективная (кажущаяся) вязкость на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

Q₁, Q₂, Q₃ - расходы исследуемой среды в первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

Δр₁, ΔР₂, ΔР₃ - перепады давлений на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

L₁, L₂, L₃ - длины соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R₁, R₂, R₃ - радиусы соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R_тек - текущий радиус трубопровода;

R_тр - конструктивный радиус;

ρ_п, ρ_и.с., ρ - плотности полимера, измеряемой среды и среды на линейном участке трубопровода соответственно;

Т - температура среды;

R - универсальная газовая постоянная.

Этим самым исключается влияние прироста конверсии мономера в объеме реактора и как следствие повышается точность измерения средневязкостного молекулярного веса и коэффициента полидисперсности.

Сущность предлагаемого способа контроля заключается в том, что измерение полидисперсности полимера, растворенного в смеси мономера и растворителя сопровождается изменением характера течения смеси в объеме трубопровода. При этом будет изменяться перепад давления на линейных участках трубопроводов, соединяющих соседние реакторы, в зависимости от измеряемых величин, геометрических размеров трубопровода и расхода среды через сечение трубопровода. Изменения характера течения на участках трубопровода из-за изменения коэффициента полидисперсности происходят таким образом, что с использованием замера расходов в линейные участки трубопровода, перепадов давления на этих участках, концентрации полимера в растворе и его температуры представляется возможным вычислить по полученным формулам коэффициент полидисперсности и более точно рассчитать средневязкостный молекулярный вес. Для введения поправок в расчетные формулы на ошибки, связанные с адгезией полимера на стенки трубопровода, предложено использовать значения плотностей среды в объеме трубопровода.

На чертеже показана схема, реализующая предлагаемый способ. На чертеже обозначены: 1 - линия подачи шихты; 2 - 1-й реактор; 3 - вычислительное устройство; 4 - линия подачи катализатора; 5 - перемешивающее устройство первого реактора; 6 - система охлаждения первого реактора; 7 - технологический трубопровод, соединяющий первый и второй реакторы; 8 - 2-й реактор; 9 - перемешивающее устройство второго реактора; 10 - система охлаждения второго реактора; 11 - датчик температуры реакционной среды; 19 - датчик плотности реакционной среды в первом участке трубопровода; 13 - датчик расхода реакционной среды в первый участок трубопровода; 20 - датчик плотности реакционной среды во втором участке трубопровода; 14 - датчик расхода реакционной среды во второй участок трубопровода; 21 - датчик плотности реакционной среды в третьем участке трубопровода; 15 - датчик расхода реакционной среды в третий участок трубопровода; 16 - система измерения перепада давления на первом участке трубопровода; 17 - система измерения перепада давления на втором участке трубопровода; 18 - система измерения перепада давления на третьем участке трубопровода; 12 - датчик концентрации полимера; 22 - участок 1 технологического трубопровода; 23 - участок 2 технологического трубопровода; 24 - участок 3 технологического трубопровода.

В реактор 2 по линии подачи 1 подают исходную жидкую смесь и каталитический комплекс 4. Реактор 2 снабжен перемешивающим устройством 5 и системой охлаждения 6. В результате смешения углеводородной шихты и катализатора в реакторе 2 протекает реакция полимеризации, в результате которой часть мономера превращается в полимер. Смесь полимера и растворителя через технологический трубопровод 7 поступает из реактора 2 в реактор 8, который также снабжен перемешивающим устройством 9 и системой охлаждения 10. В реакторе 8 протекает дальнейшее конвертирование мономера. В реакторе 8 измеряют температуру реакционной среды датчиком 11 и концентрацию полимера датчиком 12. Датчики 11 и 12 соединены с вычислительным устройством 3. Раствор полимера по трем технологическим трубопроводам 22, 23, 24 транспортируется в следующий реактор. Трубопроводы 22, 23 и 24 снабжены системами измерения перепада давления 16, 17, 18, расхода 13, 14, 15 и плотности 19, 20, 21. Системы измерения перепада давления 16, 17, 18, датчики расходов 13, 14, 15, и датчики плотности 19, 20, 21 соединены с вычислительным устройством 3. В результате вычислительное устройство 3 выдает значение молекулярного веса и коэффициента полидисперсности полимера, вычисленные по приведенным выше формулам.

Способ контроля молекулярных параметров в процессах растворной полимеризации диенов измерением физических показателей раствора полимера, образующегося в каскаде последовательно соединенных трубопроводов реакторов с последующей математической обработкой информации, причем одновременно измеряют концентрацию и температуру полимера в реакторе, перепад давления, расход и плотность среды на первом и втором параллельных участках трубопровода, соединяющих соседние реакторы каскада, отличающийся тем, что после второго участка трубопровода дополнительно вводится параллельный ему третий участок, на котором измеряют перепад давления, расход и плотность среды, а математическую обработку производят по следующим формулам:

где M_v - средневязкостный молекулярный вес;

К_п - коэффициент полидисперсности;

g - фактор разветвленности;

η₀ - ньютоновская вязкость;

С_п - концентрация полимера;

γ₁, γ₂, γ₃ - скорости сдвига на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

η_1эфф, η_2эфф, η_3эфф - эффективная (кажущаяся) вязкость на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

Q₁, Q₂, Q₃ - расходы исследуемой среды в первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

ΔР₁, ΔР₂, ΔР₃ - перепады давлений на первом, втором и третьем участках трубопровода соответственно;

L₁, L₂, L₃ - длины соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R₁, R₂, R₃ - радиусы соответственно первого, второго и третьего участков трубопровода;

R_тек - текущий радиус трубопровода;

R_тр - конструктивный радиус;

ρ_п, ρ_и.с., ρ - плотности полимера, измеряемой среды и среды на линейном участке трубопровода соответственно;

Т - температура среды;

R - универсальная газовая постоянная.